CN107516996A - 逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法及逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种针对直流/交流逆变供电模块或设备的低频共模骚扰电压抑制方法，即在直流输入端串联一电感，以抑制当直流负极接地时，以感抗的形式抑制低频骚扰电压存在于公共地中。针对低频9KHz以下频段的骚扰电压进行最大限度地抑制，通过增强滤波效果而在直流正线和负线之间增加电感抑制脉冲电压的方法。基于直流供电端的负线接地，在直流输入端串联一电感。即通过在直流输入端设置的来抑制容易被忽略的对地产生的低频电压骚扰。
Description
技术领域
本发明提出一种针对直流/交流逆变供电模块或设备，低于9KHz频段的共模骚扰电压进行有效抑制的方法及逆变器改进，属于电气设计领域。
背景技术
目前国家标准GB4824 2013《工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性限值和测量方法》，对于低频9KHz以下频段的传导发射没有限值，通常不会测试低于9KHz频段的传导发射。
在轨道交通技术领域，通常对逆变器设备在电源输出端谐波发射有技术要求，对设备本身产生的给电源输入端的纹波电压没有相应技术要求。对于纹波电压是在直流端的正线和负线之间进行测试，并不会测试直流正线对地，或者负线对地的电压。
对于直流/交流的逆变器设备或电路而言，做为负载的交流设备在工作时，会在负载侧产生固定频率的交流电流波形，这个波形的具有波峰和波谷。无论是波峰区间和波谷区间形成的电流，反馈在直流输入侧均是有效值电流，亦即，实际上波谷区间的电流在直流侧的幅度特征和波峰区间是相同的，所以电源输入侧直流电流的周期为负载侧频率的两倍，并且本直流电流为脉动电流，电流的幅值大小和负载侧功率相关。50Hz的交流负载会在直流侧产生100Hz的脉动涌流。产生的传递骚扰主要在低频频段，相对的在9KHz以下骚扰强度较大，根据设备或电路设计的不同，这个骚扰也会影响传导发射测量的其他相对低的低频频段。
但是应用当前国内轨道车辆的大型直流供电系统中，直流负线存在TT接地的设计，即设备的直流供电端的负线直接接地，共模电流会以传导骚扰的形式存在于公共地中，此时正线对地和负线对地的共模电压信号，已经不同于人工电源网络设备的标准参考地的连接。
根据GB_4343.1《家用电器、电动工具和类似器具的电磁兼容要求_第1部分：发射由于传导骚扰发射》、GB_4824《工业科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性限值和测量方法》等标准的规定，测试传导骚扰发射的频段范围为150KHz-30MHz，在150KHz之前无发射测试要求。结合上述描述，很难提前发现直流线对地在150KHz之前、特别是低于9KHz频段，对于轨道车辆上使用的电压敏感度高的部件，将产生明显的共模骚扰问题。
有鉴于此，特提出本专利申请。
发明内容
本发明在于解决上述问题而提出一种针对直流/交流逆变供电模块或设备的低频共模骚扰电压抑制方法、以及应用该方法对于逆变器结构的改进。即在直流输入端串联一电感，以抑制当直流负极接地时，以感抗的形式抑制低频骚扰电压存在于公共地中。
本发明的设计目的在于，针对低频9KHz以下频段的骚扰电压进行最大限度地抑制，通过增强滤波效果而在直流正线和负线之间增加电感抑制脉冲电压的方法。
为实现上述发明目的，所述逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法，是基于直流供电端的负线接地，在直流输入端串联一电感。即通过在直流输入端设置的来抑制容易被忽略的对地产生的低频电压骚扰。
为提高滤波抑制效果，进一步的改进措施是，所述电感采用非晶金属环作为绕组的内芯，其感抗至少应达到10毫亨，绕组磁环的初始磁导率应不低于50000亨利/米。
针对电感的绕组材质优选方案是，采用铁基非晶合金或铁基纳米晶合金。
在测试直流输入侧线对地的电压峰值波形并比较的条件下，优选的电感其磁导率应最大。
在绕制电感时，连接逆变器内部线路的绕组一侧，其引线应选择最短的连接方式；连接逆变器外部线路的绕组一侧，其引线可选择最长的连接方式。
在连接直流输入端之前，对所述电感的绕组进行封装。
应用上述共模骚扰电压抑制方法的设计思路，针对逆变器的结构改进是，在直流输入端与滤波器之间串联一电感。
为达到较佳的滤波抑制效果，所述电感采用非晶金属环作为绕组的内芯，其感抗至少应达到10毫亨，绕组磁环的初始磁导率应不低于50000亨利/米。
综上内容，本发明所述的逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法，简单易行、针对低于9KHz频段的共模骚扰电压抑制效果突出。根据该方法改进的逆变器，仅是在直接输入端与通常采用的滤波器之间串联一电感，在保证滤波效果前提下，成本较低，对于低于9KHz频段的共模骚扰抑制更为彻底。
附图说明
图1是现有逆变器结构示意图；
图2是采用本发明所述抑制方法的逆变器结构示意图；
图3是所述电感的结构示意图；
图4是感抗适合范围内的直流输入侧线对地电压峰值波形示意图；
图5是感抗过小情况下的直流输入侧线对地电压峰值波形示意图。
如图1至图3所示，输入侧滤波器1，DC-DC变换电路2，变压器3，逆变电路4，输出侧滤波器5，隔离驱动6，DC/DC控制7，DC/AC控制8，电感9，内部绕组侧11，外部绕组侧12，金属环13。
具体实施方式
实施例1，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
所述逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法，当直流供电端的负线均接地的情况下，在直流输入端串联一电感9，从而有效地抑制容易被忽略的低压直流/交流逆变器设备或模块对地产生的低频电压骚扰，特别是针对低于9KHz频段的共模骚扰电压。
通常的逆变器在其输入端设置有输入侧滤波器1，如图1所示，一般采用锰锌铁氧体作为线圈绕组的内芯，用于抑制150KHz-30MHz的传导发射，感抗相对地较低，对150KHz以下频率的滤波效果较差。
如图2和图3所示，通过在直流输入端和滤波器之间增加大感抗的低频共模抑制电感的方式，针对性的滤除9KHz更低频率的共模骚扰电压。为满足在较低频率的滤波效果，所述电感采用非晶金属环作为绕组的内芯，其感抗至少应达到10毫亨。
为在相同绕组圈数获得更大的感抗，以及考虑绕组的体积，“低频共模抑制电感”采用非晶金属环作为绕组的磁环的初始磁导率应不低于50000亨利/米。
所述电感的绕组，其材质采用铁基非晶合金或铁基纳米晶合金。此类磁环作为绕组的内芯，用于对低频传导骚扰发射的抑制。目前金属环的磁导率已可超过100KHz，随着技术的发展，初始磁导率有增大的趋势。当采用大于50K的磁导率时，感抗的要求不变时，线圈可相应减少一定的匝数。
为达到更大的感抗，满足对低频骚扰电压的抑制，在不考虑成本和散热的条件下，绕组匝数应尽可能的多。
非晶金属环的选型优化，不考虑成本的条件下，易考虑增大磁导率或者加厚磁环厚度等方式，推荐选用同等匝数条件下感抗最大的磁环方案。
电感9在绕制时，连接逆变器内部线路的内部绕组侧11，为避免耦合其引线应尽可能的短。连接逆变器外部线路的外部绕组侧12，为满足走线或者安装需求其绕组引线应可能的长。
当起到低频共模抑制的电感9匝数较多时，为避免线匝在电流流动时轻微振动产生噪音，优选的方案是采用对电感9的绕组进行环氧灌封或者类似封装方式减小绕组振动。
在测试直流输入侧线对地的电压峰值波形并比较的条件下，优选的电感其磁导率应最大。如图4和图5所示，对增加电感9的逆变器进行滤波效果的简易对比验证，即可测试直流输入侧线对地的电压峰值波形进行比较。
原则上，当电感9的感抗合适时，所测直流波形应平直无脉冲电压尖峰；反之，如图5所示意，应设法继续增加感抗。
如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法，其特征在于：基于直流供电端的负线接地，在直流输入端串联一电感。
2.根据权利要求1所述的逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法，其特征在于：所述电感采用非晶金属环作为绕组的内芯，其感抗至少应达到10毫亨，绕组磁环的初始磁导率应不低于50000亨利/米。
3.根据权利要求2所述的逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法，其特征在于：所述电感的绕组，其材质采用铁基非晶合金或铁基纳米晶合金。
4.根据权利要求2所述的逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法，其特征在于：在测试直流输入侧线对地的电压峰值波形并比较的条件下，优选的电感其磁导率应最大。
5.根据权利要求2所述的逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法，其特征在于：在绕制电感时，连接逆变器内部线路的绕组一侧，其引线应选择最短的连接方式；连接逆变器外部线路的绕组一侧，其引线可选择最长的连接方式。
6.根据权利要求2所述的逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法，其特征在于：在连接直流输入端之前，对所述电感的绕组进行封装。
7.应用如权利要权利要求1所述逆变器直流输入端共模骚扰电压的抑制方法的逆变器，其特征在于：在直流输入端与滤波器之间串联一电感。
8.根据权利要求7所述的逆变器，其特征在于：所述电感采用非晶金属环作为绕组的内芯，其感抗至少应达到10毫亨，绕组磁环的初始磁导率应不低于50000亨利/米。
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